Neste tópico serão discutidas as principais características dos argumentos apresentados pelos licenciandos na elaboração da conclusão final para os
fenômenos observados, na qual deveriam avaliar qual das explicações alternativas era melhor para justificar a ocorrência dos fenômenos. Cabe salientar que para a construção dessa conclusão os licenciandos deveriam levar em consideração todas as ponderações realizadas na elaboração das explicações da parte I e as fornecidas na parte II (Tópico 5.1).
Conforme mencionado anteriormente, o mais apropriado seria que os licenciandos buscassem justificativas na explicação alternativa B para o fato de o balão com ar estourar (balão 1) e o balão com água não estourar (balão 2). O balão com ar estoura porque o calor não é absorvido de maneira suficiente pelo ar, o qual possui capacidade térmica relativamente baixa. O calor liberado pela chama, nessas condições, não consegue atravessar rapidamente a película de borracha. Isto implica em aumento rápido da temperatura da superfície da película em contato com a chama, permitindo que o “ponto de fulgor” (~ 260 °C) seja atingido quase que instantaneamente, antes mesmo de ocorrer o aquecimento térmico do ar e, consequentemente, sua expansão (ATKINS; JONES, 2001; KOTZ; TREICHEL; WEAVER, 2009; BRADY; SENESE, 2009).
O balão com água não estoura porque a água tem capacidade térmica elevada. Isto permite a absorção do calor que é transmitido ao balão pela chama. A água também tem uma entalpia de vaporização alta, o que significa que ela pode receber bastante calor sem que sua temperatura se eleve muito. Dessa forma, o fluxo de calor atravessa a película rapidamente não permitindo que a temperatura da superfície em contato com a chama atinja o ponto de fulgor (ATKINS; JONES, 2001; KOTZ; TREICHEL; WEAVER, 2009; BRADY; SENESE, 2009).
Diante do exposto, apresentamos nas Figuras 18 e 19 os esquemas que ilustram os argumentos científicos esperados para respaldar as explicações apresentadas na alternativa B para os fenômenos observados durante a realização do experimento com os balões. Conforme apresentado no capítulo Referenciais
Teórico-Metodológicos, os esquemas apresentados levam em consideração o
Modelo proposto por Sampson e Blanchard (2012), no qual podemos notar que as explicações são apoiadas por evidências e as evidências são justificadas por uma fundamentação. A componente Evidência do Modelo inclui medições, observações e resultados de outros estudos que foram coletados, analisados e interpretados por pesquisadores, que são usados para dar suporte, validade ou legitimidade à explicação. A evidência pode assumir várias formas que vão desde os tradicionais
dados numéricos (pH, massa atômica, temperatura de ebulição) ou observações (cor, descrições de um evento). A componente Fundamentação apresenta os enunciados que explicam como as evidências apoiam as explicações e porque são significativas como suporte a elas.
No Modelo são destacados também critérios que devem ser considerados durante a elaboração dos argumentos científicos, que auxiliarão na avaliação da qualidade ou viabilidade do argumento apresentado. O primeiro critério denominado “empírico” avalia se as evidências disponíveis ou observadas são adequadas para a explicação apresentada. O segundo critério denominado “teórico” leva em consideração concepções ou padrões de natureza teórica, avaliando se estas concepções teóricas são alinhadas com leis ou teorias presentes na literatura científica. O último critério denominado “analítico” avalia se a linha de raciocínio adotada para interpretar ou correlacionar as evidências com as teorias apresentadas é consistente.
Figura 18 – Esquema que ilustra o argumento científico esperado para respaldar a explicação apresentada na alternativa B para o fenômeno observado no balão com ar (balão 1).
Figura 19 – Esquema que ilustra o argumento científico esperado para respaldar a explicação apresentada na alternativa B para o fenômeno observado no balão com água (balão 2).
Para a apresentação dos resultados deste tópico o dividimos em quatro subtópicos. Nos três primeiros analisamos os argumentos finais dos grupos A, B e C a fim de estabelecer relações entre eles e os esquemas ilustrados nas Figuras 18 e 19. No último subtópico, descrevemos as estratégias utilizadas pelos grupos A, B e C para a elaboração dos argumentos finais. Cabe salientar que nos quatro subtópicos são resgatadas as ponderações apresentadas pelos licenciandos no tópico 5.1 durante a construção dos argumentos científicos relativos às partes I e II.
5.2.1 Grupo A
Conforme apresentado no subtópico Como os licenciandos avaliam a
validade ou aceitação de explicações alternativas para um fenômeno natural, os
licenciandos apresentaram suas ponderações para explicar o fenômeno observado. Ou seja, para a construção do argumento final seria desejável que eles considerassem tais ponderações para sua elaboração. Sintetizamos nos Quadros 8 e 9 todas as considerações feitas durante a realização da atividade. Para tanto, reapresentamos na segunda coluna (Respostas) as explanações feitas pelos licenciandos durante a execução das partes I e II.
Quadro 8 – Síntese das ponderações realizadas pelos licenciandos do grupo A para a Parte I.
PARTE I RESPOSTAS
Realização do procedimento experimental com os balões 1 (cheio de ar) e 2
(cheio de água)
Procedimento 1: Balão cheio de ar
No balão cheio de ar há presença de CO2,
quando o balão entra em contato com a chama da vela ocorre uma vibração nas moléculas do gás fazendo com que o balão estoure rapidamente, com a saída do CO2 a
vela se apaga.
Procedimento 2: Balão cheio de água
No balão com água as moléculas estão mais juntas, quando entra em contato com a chama da vela demora a ocorrer as vibrações das moléculas fazendo com que demore a estourar o balão.
Quadro 9 – Síntese das ponderações realizadas pelos licenciandos do grupo A para a Parte II.
PARTE II RESPOSTAS
Escolha de uma explicação alternativa
para os fenômenos observados nos balões 1
(cheio de ar) e 2 (cheio de água)
Observação 1 A
Ocorreu um aumento de temperatura pelo ganho de energia das moléculas. Com o ↑ P ocorrerá ↑ temperatura ↑ velocidades das partículas, ↑ frequência dos choques contra as paredes do recipiente, ↑ P interno maior que pressão externa, expansão do gás ↑ volume.
B
Sim, absorvendo o calor da chama ocorre o aumento da temperatura, ou seja a capacidade térmica do ar é muito menor que a da água, no qual ultrapassa o ponto de fulgor, do gás, enquanto que a chama não é o suficiente p/ elevar a temperatura até o ponto de fulgor.
Observação 2
A Não
B
Existe uma temperatura na qual a substância se inflama diante da chama. Temperatura denominada ‘ponto de fulgor’ o da borracha (látex) acima de 260 °C, ou seja, com a água que tem uma capacidade térmica cerca de 3200 vezes maior que a do ar, absorve o calor liberado pela chama não deixando a película do balão se rompa.
Observação 3
A Não
B Situação (substância se inflama diante da chama) no explicada pelo rompimento caso 1.
Conforme mencionado anteriormente, após a realização das partes I e II foi solicitado que os licenciandos apresentassem uma conclusão final para os fenômenos observados, avaliando qual das explicações alternativas possui fundamentos mais adequados para o observado. Para a qual obtivemos a seguinte afirmação:
“Explicação B, devido à relação da capacidade térmica do ar e da água com relação ao ponto de fulgor no qual com o ar o ponto de fulgor 260° enquanto que com a água é acima de 1000 °C.
ar – capacidade térmica baixíssima água – capacidade térmica alta
Além de que o ar dissipa o calor absorvido mais lentamente que a água, enquanto a água apresenta a propriedade de oferecer uma elevada resistência à transferência de calor proveniente da chama.
Com base na explicação, podemos considerá-la cientificamente correta e aceitável. Cabe salientar que, conforme discutido no tópico 5.1 para o grupo A, os licenciandos levaram em consideração as ponderações realizadas durante a análise da observação 1. De fato, constatamos que os licenciandos fizeram uso de teorias referentes às propriedades térmicas dos materiais envolvidos (ar-látex e água-látex), que explicam adequadamente o que foi observado para as duas situações
observadas (balão 1 e 2), ou seja, consideraram a relevância das interfaces ar-látex e água-látex na ocorrência do fenômeno. Os licenciandos fizeram uso das relações que existem entre o ponto de fulgor do látex e as capacidades caloríficas do ar e da água.
Outra evidência que subsidia a explicação diz respeito à capacidade calorífica das substâncias envolvidas. Mais uma vez, conforme enfatizado na explicação referente à observação 2 do grupo A, é digna de nota a apresentação pelos licenciandos de dados numéricos comparativos para corroborar as razões apresentadas, confirmando as relações existentes entre a capacidade calorífica do ar e da água com o ponto de fulgor do látex.
Observamos que na explicação dos licenciandos são levados em consideração critérios empíricos, teóricos e analíticos, desejáveis para a construção de um argumento científico segundo Sampson e Blanchard (2012).
No que se refere aos critérios empíricos podemos concluir que a explicação final do grupo A se relaciona com as evidências disponíveis e essas são suficientes e relevantes para a construção do argumento científico, pois lançam mão de informações sobre ponto de fulgor do látex e a relação entre a capacidade térmica do ar e da água. Para os critérios teóricos podemos verificar que a explicação apresentada está relacionada com teorias referentes às propriedades térmicas dos materiais envolvidos (ar-látex e água-látex) e são adequadas para as situações observadas no experimento.
Por fim, no critério analítico os licenciandos realizaram uma interpretação consistente das evidências e uma associação adequada com as concepções teóricas apresentadas, pois, abandonaram a explicação inicial, baseada na explicação alternativa A, a qual dependia da expansão do balão pela expansão térmica do ar para ser válida. Para que a expansão ocorresse, outro procedimento deveria ter sido adotado, como por exemplo, deixar o balão em uma distância suficiente para receber o calor da vela sem afetar a sua integridade. Cabe salientar que os licenciandos utilizaram critérios teóricos para auxiliar na elaboração da fundamentação, momento no qual utilizaram a relação entre os calores específicos do ar e da água (Figura 20).
Figura 20 – Esquema que ilustra a explicação final elaborada pelo grupo A.
Ao relacionarmos a explicação final (Figura 20) com as ponderações apresentadas na partes I e II (Quadros 8 e 9), podemos constatar que os licenciandos conseguiram utilizar componentes de argumentos para elaboração da explicação final. Ao procederem dessa forma, os licenciandos conseguiram apresentar um argumento com características condizentes com as propostas pelo Modelo de Sampson e Blanchard (2012). Considerando o argumento científico apresentado (Figura 20) e as relações existentes entre as ponderações apresentadas (Quadros 8 e 9), consideramos que os licenciandos fizeram uso das evidências e, a partir das mesmas, elaboraram explicações para o fenômeno e avaliaram satisfatoriamente a explicação alternativa escolhida (alternativa B).
5.2.2 Grupo B
Para o grupo B adotamos o mesmo procedimento de análise utilizado para o grupo A. Assim, reapresentamos nos Quadros 10 e 11 as ponderações feitas pelos licenciandos durante a execução das partes I e II.
Quadro 10 – Síntese das ponderações realizadas pelos licenciandos do grupo B para a Parte I.
PARTE I RESPOSTAS
Realização do procedimento experimental com os balões 1 (cheio de ar) e 2
(cheio de água)
Procedimento 1: Balão cheio de ar
O fenômeno que explica tal experiência se encontra no assunto de termodinâmica. O balão 1 estoura mais rapidamente porque dentro do mesmo se encontra ar e suas moléculas são rapidamente aquecidas.
Procedimento 2: Balão cheio de água
O balão 2 estoura mais devagar porque dentro do mesmo se encontra água e suas moléculas são aquecidas mais devagar, tendo assim um calor específico maior que o ar.
Quadro 11 – Síntese das ponderações realizadas pelos licenciandos do grupo B para a Parte II.
PARTE II RESPOSTAS
Escolha de uma explicação alternativa
para os fenômenos observados nos balões 1
(cheio de ar) e 2 (cheio de água)
Observação 1 A
Houve um aumento de temperatura nos dois casos, porém no balão com água, o aumento foi mais lento. A explicação ‘A’ explica em parte, porém, não é suficiente para tal procedimento.
B Sim. Devido à grande capacidade térmica da
água, explicação ‘B’ é mais favorável.
Observação 2 A
Explica, mas ainda não é suficiente para explicar tal fato. É importante que se leve em conta o calor específico do ar e da água.
B Explica de maneira mais favorável a explicação, tendo em vista que leva em consideração algumas propriedades termoquímicas da água.
Observação 3
A Não. Não encontramos uma explicação coerente para tal observação.
B
Devido à espessura do balão, no caso 1 não houve condições de sentir o cheiro do látex. No balão 2, apesar do maior tempo de duração, na água absorvia o calor, não tendo como sentirmos o cheiro do látex.
Ao solicitarmos que os licenciandos apresentassem uma explicação final para o fenômeno, avaliando qual das explicações alternativas fornecidas melhor justificava o observado, obtivemos a seguinte:
“Acreditamos que as duas explicações se complementam para explicar o experimento realizado, porém a explicação ‘B’ é melhor, de forma que a mesma visa explicitar propriedades tais como capacidade térmica e calor específico da água.”
No que se refere à explicação final, apresentada pelos licenciandos, podemos considerá-la cientificamente correta e aceitável, porém, diferentemente do grupo A, os licenciandos do grupo B acreditam que “a explicação A explica em parte, contudo, não é suficiente para tal procedimento”, demonstrando que embora as evidências teóricas referentes às propriedades da água, como por exemplo, capacidade térmica e calor específico, remetam a esse aumento de temperatura, algumas evidências não foram observadas na realização do procedimento, uma vez que, conforme mencionado anteriormente, o balão 1 estoura antes que ocorra qualquer aquecimento das moléculas de ar contidas no seu interior.
Ressaltamos que a adoção da explicação A não era apropriada nas condições em que o experimento foi executado, uma vez que o balão com ar estoura sem que ocorra expansão ou derretimento do látex. Assim, observamos que na explicação final os licenciandos não levaram em conta algumas evidências, concepções teóricas, assim como relações entre as evidências observadas e as concepções teóricas apresentadas, para rejeitar a explicação A e adotar somente a explicação B, viável nas condições realizadas pelo grupo.
Ainda como exposto na explicação final, foi possível observar que, embora os licenciandos tenham considerado as duas explicações alternativas para fundamentar a explicação final, escolheram a explicação alternativa B como a mais aceitável, reforçando a justificativa em termos da capacidade térmica da água. Pode- se verificar, portanto, que a explicação apresentada justifica em parte as evidências observadas, e essas não se relacionam ou não estão presentes na explicação final do grupo.
No que diz respeito aos critérios empíricos, os licenciandos não relacionaram a explicação com as evidências disponíveis. Ou seja, não deixaram claro que o ar dissipa calor muito lentamente, apresentando a propriedade de oferecer uma elevada resistência à transferência de calor proveniente da chama. Tal fato é evidenciado, pois o balão estoura sem expansão térmica, o que permite constatar que o látex atinge seu ponto de fulgor instantaneamente, sem queima e derretimento do balão. Mesmo que as evidências observáveis tenham sido suficientes e relevantes, os licenciandos não as descartaram na adoção da explicação A. Para os critérios teóricos, mesmo sabendo que a explicação A não é suficiente e que não apresenta os elementos observados durante o processo de aquecimento do balão (expansão térmica do ar), os licenciandos não demonstraram
que a mesma não é consistente com as propriedades térmicas dos gases, pois a energia adicionada não é suficiente para superar as forças que prendem uma molécula à outra, uma vez que o balão estoura instantaneamente. Com relação ao critério analítico, observamos que os licenciandos não avaliaram que a explicação A não apoia a conclusão apresentada por eles, uma vez que não se relaciona com as evidências e as concepções teóricas relativas às propriedades do calor específico, capacidade térmica e ponto de fulgor.
Figura 21 – Esquema que ilustra a explicação final elaborada pelo grupo B.
Embora os licenciandos julguem que as duas afirmações se complementam, demonstraram crer que a explicação B é a mais adequada. Porém, não conseguiram apresentar os elementos necessários, com base nos critérios empíricos, teóricos e analíticos para a utilização da explicação A na sua explicação final. Tal fato levou à construção de um argumento científico inconsistente, se levarmos em consideração critérios teóricos, resultando em uma explicação não fundamentada nas propriedades térmicas dos gases.
Cabe salientar que, diferentemente do grupo A, o grupo B não apresentou nenhuma evidência na construção da sua explicação final, ou seja, o argumento científico não apresenta um dos componentes essenciais para um bom argumento: as evidências (TOULMIN, 2001; SAMPSON; BLANCHARD, 2012; JIMENEZ ALEIXANDRE; BUSTAMANTE, 2003). Porém, se relacionarmos a explicação final (Figura 21) com as ponderações apresentadas nas partes I e II (Quadros 10 e 11), podemos constatar que foram apresentadas componentes que podem ser caracterizadas como “Evidência” durante a elaboração das ponderações, todavia, estas foram desconsideradas durante a elaboração da explicação final. Tais componentes, embora não estejam presentes na explicação final do grupo B, foram
importantes para apoiar a componente “Explicação: alternativas A e B” do argumento final (Figura 21).
Portanto, os licenciandos não conseguiram apresentar um argumento com as características propostas no Modelo de Sampson e Blanchard (2012). Segundo Kuhn, Kenyon e Reiser (2006), esse fato é comum entre os estudantes uma vez que encontram dificuldades em distinguir e coordenar as teorias e as evidências. Essa dificuldade afeta a capacidade dos alunos de se envolverem em um discurso argumentativo, no qual devem avaliar as relações entre as conclusões e os dados disponíveis.
Vale lembrar que aos estudantes foram oferecidas oportunidades de aproximação com a estrutura do argumento durante o processo de formação em argumentação, especialmente nas oficinas 3, 4 e 5, todas realizadas antes da oficina na qual os dados coletados no presente tópico foram coletados. Na oficina 3 (Estrutura do argumento, segundo o Modelo de Toulmin), aos licenciandos foi solicitado que opinassem sobre duas temáticas sociocientíficas relacionadas ao aquecimento global e à energia nuclear para que, em seguida, avaliassem a estrutura de seus argumentos. Na oficina 4 (Argumentação e reações químicas) os licenciandos foram orientados a escolher uma conclusão baseada em dados relacionados à velocidade de reações químicas. Na oficina 5 (Argumentação e textos de divulgação científica), os licenciandos debateram sobre o entendimento que tiveram a respeito das distinções entre dados e justificativas advindos de dois textos de divulgação científicas relacionados, respectivamente, à quimioluminescência e ao estado líquido cristalino.
Ficou claro na explicação final que os licenciandos não conseguiram abandonar a explicação A, demostrando dificuldades nas relações entre os conhecimentos prévios e científicos. De acordo com Costa (2008), argumentar cientificamente, envolve propor, sustentar, criticar e avaliar ideias, as quais podem conflitar com as percepções que os estudantes possuem sobre os conhecimentos científicos. Conforme afirma o autor, tal estratégia tem como objetivo tornar os estudantes capazes não só de constatar fatos e emitir hipóteses, mas também de, por meio das evidências, justificarem e defenderem as suas ideias quando confrontada com seus pares. Assim, os resultados observados para o grupo B demonstram que não se apropriaram de alguns dos componentes da argumentação científica.
Porém concordamos com Kuhn, Kenyon e Reiser (2006), que o uso de argumentos válidos não é consequência de uma capacidade inata, mas um hábito que se adquire na prática e por períodos de tempo mais longos. Assim, no caso do grupo B, acreditamos que se fosse dedicado mais tempo para a prática da argumentação científica, as dificuldades observadas poderiam ser reduzidas.
5.2.3 Grupo C
Para o grupo C adotamos o mesmo procedimento de análise utilizado para os grupos A e B. Assim, reapresentamos nos Quadros 12 e 13 as ponderações feitas pelos licenciandos durante a execução das partes I e II.
Quadro 12 – Síntese das ponderações realizadas pelos licenciandos do grupo C para a Parte I.
PARTE I RESPOSTAS
Realização do procedimento experimental com os balões 1 (cheio de ar) e 2
(cheio de água)
Procedimento 1: Balão cheio de ar
Como as moléculas do ar encontram-se bastante afastadas e desordenadas, e por sua vez apresentam baixa densidade, a energia necessária para que ocorra expansão satisfatória gerada pelo aquecimento é mínimo, justificando a explosão quase que instantânea do balão.
Procedimento 2: Balão cheio de água
Como as moléculas de água estão muito mais próximas uma das outras que as moléculas do ar, apresentando interações intermoleculares muito mais significativas, a quantidade de energia necessária para que haja uma expansão satisfatória é muito mais elevada que para o ar, o que explica a demora da explosão do balão cheio de água.
Quadro 13 – Síntese das ponderações realizadas pelos licenciandos do grupo C para a Parte II.
PARTE II RESPOSTAS
Escolha de uma explicação alternativa
para os fenômenos observados nos balões 1
(cheio de ar) e 2 (cheio de água)
Observação 1 A
Não, pois a observação 1 apesar de apresentar fatores como energia cinética, a explicação não é clara em envolver a variável energia diretamente com o aumento de temperatura.
B Sim, essa observação é bem clara ao falar da capacidade calorífica dos compostos em questão.
Observação 2 A
Sim, pois na explicação A é correlacionado com a energia cinética e com o afastamento das moléculas, que gera a expansão e o rompimento do balão.
B Sim, pois a explicação B ressalta a capacidade da água de absorver energia, não permintido
que a energia rompa o balão.
Observação 3 A
Sim, pois a causa da explosão apresentada por A, diz respeito a expansão, não correlacionando com a queima do látex.
B Não, segundo a explicação ‘B’, a um longo prazo sentiríamos o odor do látex.